Задачи курса

В результате освоения данного курса студенты должны приобрести знания основ теории магнитного поля Земли, способов измерения различных элементов магнитного поля, методики полевых съемок, а также основных геологических задач, решаемых магнитораз­ведкой. При изучении дисциплины студентам необходимо приобрести умение подготовки магнитоизмерительной аппаратуры для производства полевых работ, проведения измерений, их обработки и интерпретации, оценки точности результатов работ.

Общие методические указания

Первая контрольная работа проверяет усвояемость материала по вопросам проведения магнитных съемок различных масштабов, методики полевых работ и обработки полевых наблюдений. Она составляется на основе проработки полевых инструкций по выполнению магнитных съемок в различных геологических условиях и в зависимости от поставленной задачи.

Вторая контрольная работа компонуется на основе изучения вопросов интерпретации магнитных аномалий, трансформаций и фильтрации магнитного поля. На основе априорных геологических данных студент составляет геолого-магнитный разрез выбранного региона исследований, проводит оценку ожидаемых магнитных аномалий и проверяет приемы решения обратной задачи магниторазведки.

Контрольные работы должны быть представлены преподавателю до начала экзаменационной сессии.

В 6-м семестре, после окончания сессии, проводится полевая учебная практика. Студенты знакомятся с принципом действия и устройством магниторазведочной аппаратуры, методикой полевых работ и обработкой полевого материала. В полевых условиях готовится полигон для измерений. Для этого из искусственных железных предметов моделируется геологический разрез, выбирается направление магистралей и профилей. Каждая бригада выбирает методику наблюдений и проводит измерения, обрабатывает результаты, составляет карту изодинам измеряемого элемента земного магнетизма. Проводится качественная интерпретация полученных материалов. По окончании практики каждая бригада составляет отчет об учебной практике, который защищается. Работа студента оценивается дифференцированным зачетом.

Экзамен проводится в 6-м семестре. Конт­рольные работы представляются в 6-м семестре и являются ви­дом отчетности по самостоятельной проработке отдельных вопросов.

Раздел 1 Программа

Введение. Краткие исторические сведения о возникновении метода магнитной разведки. Основные этапы развития метода в России. Роль и место магниторазведки в геологии на современном этапе в общем комплексе геолого-разведочных исследований. Вклад русских и советских ученых в науку о геомагнетизме.

Магнетизм и его природа. Магнитные свойства атома и его составляющих. Магнитное поле в веществе. Магнитная индукция. Магнитная напряженность. Связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля. Механизм намагничивания горных пород.

Магнитное поле Земли. История изучения, международные исследования, современное состояние изученности. Элементы земного магнетизма, их графическое представление. Структура магнитного поля Земли; спутниковые данные о магнитосфере. Нормальное магнитное поле, представление его суммой сферических гармоник; материковые аномалии. Изменение магнитного поля Земли во времени; вековой ход, западный дрейф. Понятие о методах и основные результаты изучения магнитного поля Земли в геологическом прошлом (смещение полюсов, инверсии). Современные представления об источниках магнитного поля Земли.

Вариации магнитного поля Земли. Типы магнитных вариаций: возмущенные и невозмущенные, магнитные бури; их происхождение и пространственно-временная структура.

Аномалии магнитного поля Земли. Понятие о намагничивании образований, слагающих верхние части твердой оболочки Земли. Интенсивность и морфология аномального магнитного поля.

Методы измерения элементов земного магнетизма. Классификация. Основные требования к магнитоизмерительной аппаратуре, реализующей эти методы, в зависимости от ее назначения.

Магнитометрические методы. Абсолютный метод Гаусса, вертикальные и горизонтальные весы, метод полной компенсации.

Приборы, основанные на магнитометрических методах измерений. Теоретическое обоснование основных принципов устройства приборов и выдачи данных, точность измерений, область применения:

а) трехкомпонентный магнитометр для абсолютных измерений;

б) аппаратура для измерения магнитных вариаций в магнитных обсерваториях и при магниторазведочных работах;

в) аппаратура для наземных относительных измерений;

г) аппаратура для измерения магнитных свойств горных пород (астатические магнитометры).

Индукционные методы. Методы измерения с использованием магнитонасыщенных чувствительных элементов. Магнитные характеристики пермаллоев. Устройства феррозондов, схемы выделения полезного сигнала.

Феррозондовые магнитометры. Основные принципы действия и устройство приборов, выдача данных, точность измерений, область применения:

а) трехкомпонентные магнитометры;

б) магнитометры для наземных относительных измерений;

в) скважинные магнитометры;

г) Т - аэромагнитометры (преимущество измерения; система принудительной ориентировки датчика; блок-схема аэромагнитометра).

Приборы индукционного типа для измерения магнитных свойств (измерители магнитной восприимчивости и остаточной намагниченности).

Протонные магнитометры. Явление ядерного магнитного резонанса. Метод свободной ядерной процессии. Устройство и физико-технические параметры датчика. Способы повышения точности и быстродействия. Принцип Оверхаузера. Метод свободной динамической поляризации. Блок-схема протонного магнитометра и принцип его работы. Способы регистрации и выдачи данных в протонных магнитометрах. Протонные магнитометры для наземных, аэро- и гидромагнитных наблюдений, их технические данные, дискретность и точность измерений.

Квантовые магнитометры. Эффект Зеемана. Метод оптической накачки. Физико-технические параметры датчиков. Блок-схема квантовых магнитометров и принцип их работы. Способы регистрации и выдачи данных в квантовых магнитометрах. Квантовые магнитометры различного назначения (наземные, аэро-, автомобильные), преимущества, компоновка датчиков, точность измерений. Магнитные градиентометры, достоинства и недостатки, компоновка и точность измерения.

Криогенные магнитометры. Использование эффекта сверхпроводимости в магнитных измерениях. Эффект Джозефсона. Основные принципы устройства криогенных магнитометров, область применения.

Методика магниторазведочных работ. Геологические задачи, решаемые магниторазведкой. Необходимые точность и детальность наблюдений, выбор направления профилей, густота сети точек наблюдений. Понятие масштаба съемки. Подготовка приборов к наблюдениям, эталонировка. Методические особенности проведения магнитных съемок различного геологического назначения.

Наземная магнитная съемка. Основы методики, способы достижения заданной точности; опорная сеть, учет вариаций, привязка к абсолютному уровню, разбивка и плановая привязка точек наблюдений, контроль и точность работ.

Аэро- и гидромагнитная съемки. Виды аэромагнитных съемок, высокоточные съемки, факторы, обеспечивающие точность. Методика съемки в зависимости от используемой аппаратуры; учет сползания нуль-пункта, девиации носителя. Служба времени, методика учета магнитных вариаций при съемках различной точности, приведение к единому абсолютному уровню, поправка за нормальное поле. Контроль и оценка точности. Способы высотной и плановой привязки. Особенности и задачи гидромагнитных съемок. Модульные и градиентометрические магнитные съемки. Буксируемые магнитометры. Автоматический учет геомагнитных вариаций в градиентометрических системах наблюдений. Девиационные поправки.

Специальные виды магниторазведочных работ. Микромагнитная съемка, ее задачи. Цикловая система наблюдений, методика Лаутербаха. Метод искусственного подмагничивания. Измерение градиентов магнитного поля.

Скважинная магниторазведка. Измерение элементов земного магнетизма в скважинах. Магнитный каротаж. Методика и техника измерений: аппаратура каротажа магнитной восприимчивости, трехкомпонентные скважинные магнитометры. Системы наблюдений.

Способы графического представления результатов наблюдений. Графики, планы графиков, карты изодинам; масштабы изображения, сечения изоаномал.

Обработка магниторазведочных данных с использованием ЭВМ. Системы ввода исходной информации в ЭВМ. Автоматизированные системы обработки, принципы их организации. Алгоритмизация отдельных этапов. Создание файлов исходной и промежуточной информации. Автоматизированные устройства графического представления магниторазведочных данных. Результаты обработки в цифровой и графической форме, как исходный материал для последующей геологической интерпретации.

Намагниченность горных пород. Намагниченность как фактор, определяющий отражение геологической ситуации в аномальном магнитном поле. Магнитная восприимчивость. Природные минералы диамагнетики и парамагнетики. Ферромагнитные минералы, их основные характеристики. Зависимость магнитной восприимчивости горных пород от их минералогического состава, процентного содержания ферромагнитных минералов, формы, размеров, распределения по объему, степени выветривания породы и прочих факторов. Величина магнитной восприимчивости основных типов горных пород и руд. Остаточное намагничивание. Коэффициент Q . Виды остаточной намагниченности (ориентационная, термостатическая, вязкая). Обратная намагниченность, ее природа. Характеристика остаточного намагничивания, методы его изучения. Палеомагнетизм. Палеомагнитная корреляция. Распределение интенсивности намагничивания по объему геологических однородных образований. Зависимость намагниченности от формы. Однородная намагниченность; смысл и правомерность допущения однородности намагничивания геологических объектов.

Основы геологической интерпретации магнитных аномалий. Содержание геологической интерпретации. Приближенный характер задания поля; понятия "полезный сигнал", "помеха"; состав и природа помех в магнитном поле. Информативная сущность задач, решаемых магниторазведкой (задачи обнаружения, локализации, детального описания).

Основы теории прямых и обратных задач. Понятие о корректных и некорректных задачах интерпретации. Отсутствие единственности решения обратной задачи магниторазведки в общей постановке. Эквивалентность и неустойчивость решений. Критерии выбора оптимальных решений. Поиск решений на основе априорных допущений об источниках. Значение дополнительной геолого-геофизической информации. Понятие о модельности интерпретации. Физико-геологические и математические модели. Геологическая среда. Общая схема интерпретационного процесса. Магнитные аномалии как функция совокупности параметров их источников. Магнитных потенциал тела конечных размеров. Связь между гравитационным и магнитным потенциалами и их производными.